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摘要:當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體系越來越完備,各行各業(yè)的發(fā)展升級(jí)都取得了顯著的成績(jī),工程收入在中國(guó)的經(jīng)濟(jì)總額中也貢獻(xiàn)了很大一部分力量。為了讓電氣行業(yè)緊跟時(shí)展的潮流,在我國(guó)的電氣工程中加大應(yīng)用電力電子技術(shù)的力度,有利于推動(dòng)該行業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。文章從電力電子技術(shù)的內(nèi)容、發(fā)展情況、應(yīng)用方面等進(jìn)行了探究,力求尋找到適合電力電子技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)措施。
關(guān)鍵詞:電子電力技術(shù);電氣工程;應(yīng)用
這幾年來,由于科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá),我國(guó)的電力電子技術(shù)也開始走向成熟和穩(wěn)定,應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展,已經(jīng)涉足的行業(yè)有工業(yè)、交通、國(guó)防等。電力電子技術(shù)主要的功能就是通過對(duì)電子設(shè)備的使用和轉(zhuǎn)換,用弱電子來引導(dǎo)強(qiáng)電力,實(shí)現(xiàn)電力之間的最大化效用。電力電子技術(shù)的應(yīng)用包括但不限于電氣工程,現(xiàn)今在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)領(lǐng)域也分得了自己的一杯羹,新領(lǐng)域的應(yīng)用,還幫助了電能生產(chǎn),提高了利用效果,節(jié)省了很大一部分能源,為中國(guó)的能源事業(yè)做出自己的貢獻(xiàn),另一方面也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
1電力電子技術(shù)的概念
電力電子技術(shù)已經(jīng)成長(zhǎng)為一種逐漸興起的技術(shù),它主要是應(yīng)用電子的零件來轉(zhuǎn)換和控制電力,常見的電力電子零件主要有閘管、高斯型軌道以及大功率半導(dǎo)體的開關(guān)零件等。電力電子技術(shù)能夠轉(zhuǎn)換的電能功率從1W甚至更小,一直到兆瓦或者更大,都是它可以實(shí)現(xiàn)控制的范圍,電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)有著很大的不同,信息電子技術(shù)是用來處理信息數(shù)據(jù)的,而電力電子技術(shù)則是用來轉(zhuǎn)換電力的。電力電子技術(shù)從實(shí)用角度分為兩種,分別是電力電子制造技術(shù)以及變流技術(shù),變流技術(shù)包含的范圍比較廣泛,主要有整流、斬波、變頻以及逆變等?,F(xiàn)如今的電氣工程專業(yè)以及自動(dòng)化專業(yè)中,都有著電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)專業(yè)課程,這給中國(guó)的電力事業(yè)培養(yǎng)了大量的人才。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)將其分為電子學(xué)、電工原理、自動(dòng)控制三門類目,并進(jìn)行高效施行學(xué)習(xí),由于電力電子技術(shù)有著強(qiáng)大的功率,因此日常主要給強(qiáng)電工業(yè)服務(wù)。電力電子技術(shù)主要分四大系統(tǒng),即零件、電路、裝置和對(duì)應(yīng)系統(tǒng)。由于零件多為半導(dǎo)體材料,主要的材料是單晶硅,因此,電子零件將半導(dǎo)體物理學(xué)作為了理論基礎(chǔ),將半導(dǎo)體技術(shù)作為了主要技術(shù)[1]。
2電力電子技術(shù)的發(fā)展
隨著晶體管的發(fā)明,大家都認(rèn)為固態(tài)的電子時(shí)代將要到來,發(fā)明了晶閘管就意味著電子技術(shù)逐漸走向更高的發(fā)展。這些年來,高端技術(shù)出現(xiàn)的越來越多,電力電子技術(shù)不斷發(fā)展,也開始得到了更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。整體上來看,電力電子技術(shù)的發(fā)展主要分為以下3個(gè)時(shí)代階段[2]。
2.1晶閘管時(shí)代階段
也就是有些人所說的晶閘管整流時(shí)代,主要發(fā)展時(shí)間為20世紀(jì)六七十年代。那時(shí)電力電子技術(shù)主要是為工廠開發(fā)大功率服務(wù),應(yīng)用的是50Hz的交流發(fā)電機(jī),在當(dāng)時(shí)直流電供電所占的比例還非常小。現(xiàn)如今,中國(guó)許多的發(fā)電廠都把交流電轉(zhuǎn)換成為直流電以滿足工廠生產(chǎn)的用電需求,因此,功率更大的晶閘管和硅整流器才應(yīng)運(yùn)而生,為我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)提供了足夠的直流電電力,于是發(fā)展到了晶閘管整流的新時(shí)代。
2.2逆變時(shí)代階段
此階段出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代以后。彼時(shí)全球爆發(fā)了能源危機(jī),人們開始重視節(jié)約能源資源,各國(guó)為了度過危機(jī)制定出一系列關(guān)于環(huán)保的發(fā)展計(jì)劃,建議工廠生產(chǎn)盡量使用交流電。在交流電重新需要廣泛應(yīng)用的情況下,科學(xué)家研發(fā)出了自關(guān)斷零部件并且投入到生產(chǎn)當(dāng)中去,由此進(jìn)入到新的時(shí)代階段,即逆變時(shí)代。逆變的意思很明顯,就是把直流電轉(zhuǎn)換成為交流電,從而有效節(jié)約能源。
2.3變頻時(shí)代
由于逆變技術(shù)的工作效率比較低,即使把直流電轉(zhuǎn)換成了交流電,也有著較大的損耗和成本,并且難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的電力需求,因此,在80年代以后,集成電路被發(fā)明出來,提高了供電的效率,它把各種當(dāng)時(shí)的先進(jìn)技術(shù)融合起來,展開了一個(gè)全新的電力電子變頻時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代下,電力電子零件開發(fā)的環(huán)境比以前更加復(fù)雜,零件之間的關(guān)聯(lián)性也得到加強(qiáng),功能得到進(jìn)一步的強(qiáng)化,這些都表明了電力電子的發(fā)展越來越高頻化。
3在電氣工程中的意義
以計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制兩種技術(shù)作為基礎(chǔ),電力電子技術(shù)就可以做到在不同的電能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化,這大大提高了電氣系統(tǒng)在工作和自控裝置上面的效率,也改善了服務(wù)質(zhì)量,使得電力電子技術(shù)能夠做到更好的工業(yè)服務(wù),這對(duì)于電氣工程產(chǎn)生了以下幾個(gè)重要的意義[3-4]。(1)提高了電氣系統(tǒng)智能自動(dòng)化的程度。電力電子零部件的開發(fā)探索推動(dòng)著電氣系統(tǒng)逐步趨向智能自動(dòng)化,給電子技術(shù)帶來良好的發(fā)展前景,智能控制和模糊控制則是其發(fā)展的基礎(chǔ)。(2)提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。電力電子技術(shù)的功率一直都非常大,這不但能夠提高電子零部件和系統(tǒng)的工作效率,而且也能夠?qū)Y源進(jìn)行節(jié)約,給予人們安全、高效的電能,因此在社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義上都有著重大的意義。(3)革新技術(shù)的同時(shí)給企業(yè)帶來完整的產(chǎn)業(yè)管理模式。隨著電力電子技術(shù)不斷更新?lián)Q代,生產(chǎn)企業(yè)的管理也開始發(fā)生變化,電子技術(shù)不僅為企業(yè)的生產(chǎn)提高了技術(shù)水平,也推動(dòng)了企業(yè)管理者制定新的管理模式,更新產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),開發(fā)新型產(chǎn)業(yè),從而促進(jìn)企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。
4在電氣工程中的應(yīng)用
電力電子技術(shù)應(yīng)用到變電站中去,給變電站的工作帶來了效率提高以及工人減少兩大好處,這有效減少了工作上的失誤,提高了企業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。電力電子技術(shù)應(yīng)用在變電站給技術(shù)人員的監(jiān)管工作帶來極大的便利,有助于工作人員及時(shí)尋找、彌補(bǔ)問題,保證變電站的運(yùn)行。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,電力電子技術(shù)也給變電站帶來了科學(xué)的管理措施,因此,變電站應(yīng)該關(guān)注電力電子技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新,降低變電站事故的數(shù)量。電力電子技術(shù)的發(fā)展,離不開晶閘管的發(fā)明,晶閘管的使用開啟了中國(guó)電氣工程新的篇章。由于交流變頻技術(shù)已經(jīng)被逐步普及應(yīng)用,但是第一代的電力電子零部件卻開始慢慢落后,因此第二代的電力電子開關(guān)被研發(fā)出來,其主要是全控型部件如CTR,GTO等,主要功能是提高各部件對(duì)電流電壓的適應(yīng)能力。這種開關(guān)在具體操作的時(shí)候通常需要很大的電流來進(jìn)行輔助,因此也加大了控制的難度。在這些零部件里面,有一個(gè)叫作MOSEFT的電壓驅(qū)動(dòng)零部件,它不需要很大的電力來進(jìn)行驅(qū)動(dòng),但是卻可以加快開關(guān)的速度,讓工具安全快速地運(yùn)行。缺點(diǎn)就是與MOSEFT在一起工作的部件電壓額會(huì)不斷地上升,從而導(dǎo)致對(duì)P-MOSEFT的發(fā)展產(chǎn)生限制。為了解決這一系列的問題,復(fù)合型的新器件IGBT和MGT就被研發(fā)出來。IGBT主要的特征是高輸入阻抗和運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、時(shí)間短、大電流面的密度與GTR有的一拼,新一代的電子器件由于本身的開關(guān)速度加快、通電電壓更小以及運(yùn)行平穩(wěn)、電路簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn),逐漸在現(xiàn)代化電氣中占據(jù)最重要的地位,這些優(yōu)點(diǎn)恰恰是電氣工程在器件方面最根本的需要。在新型電子器件中,由于先進(jìn)技術(shù)的推動(dòng),企業(yè)的生產(chǎn)和推廣一直都在不斷地加大,這對(duì)于電子器件復(fù)合化發(fā)展,以及其向模塊化發(fā)展都有著巨大的幫助和推動(dòng)作用[5]。在電力電子零部件不斷進(jìn)行發(fā)展和創(chuàng)新的情況下,其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器也開始隨之改進(jìn),變更后的新型逆變器解決了原來供應(yīng)新一代器件電力不足的缺點(diǎn),既能夠供應(yīng)充足的電力,又能夠降低電力的損耗,簡(jiǎn)單組合一個(gè)年便器就可以隨意轉(zhuǎn)換零電壓和零電流。要將變頻器從低頻轉(zhuǎn)換為高頻,需要我們長(zhǎng)期不斷地努力和探究,這既有利于節(jié)約企業(yè)的能源和成本,也有利于推動(dòng)電力系統(tǒng)深入長(zhǎng)期地穩(wěn)定發(fā)展。在當(dāng)今社會(huì),電氣工程不斷得到發(fā)展,交流電控制理論的研究在許多領(lǐng)域得到了關(guān)注和探索,人們研究交流電主要是用于把電動(dòng)模型由復(fù)雜變?yōu)楹?jiǎn)單。在研究方面,主要是從交流電的控制和結(jié)構(gòu)等一些角度來進(jìn)行研究。這些研究明確了信號(hào)處理物是什么,也有著提高運(yùn)行效率等優(yōu)點(diǎn),改變著原來的交流調(diào)速方式,緊跟現(xiàn)代化的腳步。變頻技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和開展,矢量控制性也逐漸被人們所接受認(rèn)可,開始進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),它應(yīng)用的是數(shù)字控制以及有關(guān)的軟件來對(duì)實(shí)行電氣系統(tǒng)的智能自動(dòng)化,這樣有利于提高變頻器件對(duì)于結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力?,F(xiàn)今社會(huì)科技飛速發(fā)展,先進(jìn)技術(shù)和手段越來越多,在電氣工程方面的應(yīng)用也逐漸升級(jí)并且普及,變頻技術(shù)高效可控制的性能深受人們喜愛,人們也在不斷地研究探討電力電子技術(shù)下一個(gè)新時(shí)代的來臨。
5結(jié)語
電力電子技術(shù)研究給現(xiàn)代化的電氣工程事業(yè)帶來重大意義,從電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用這一探索之中我們可以發(fā)現(xiàn),電力電子技術(shù)的發(fā)展前景直接決定了電氣工程的發(fā)展進(jìn)步。因此,技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)電力電子技術(shù)有著徹底的了解和高超的水平,掌握電子技術(shù)的核心技術(shù),推動(dòng)電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,給現(xiàn)代化的電氣工程事業(yè)添磚加瓦。
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作者:康偉 單位:遼寧工業(yè)大學(xué)